挖掘机毕业设计计算过程说明书

绪论我国是一个发展中国家，在辽阔的国土上正在进行大规模的经济建设，这就需要大量的土石方施工机械为其服务，而液压挖掘机是最重要的一类土石方施工机械。

因此，可以肯定液压挖掘机的发展空间很大。

可以预见，随着国家经济建设的不断发展，液压挖掘机的需求量将逐年大幅度增长。

今后几年我国液压挖掘机行业将会有一个很大的发展，液压挖掘机的年产量将会以高于20％的速度增长。

中国挖掘机市场自1997年开始已进入了一个较快的发展时期，2001年与2000年比较，全国挖掘机的产、销量分别增长55％和56％。

截止到2002年8月底全国挖掘机的销量已超过13000台，超过了2001年全年的销售数。

2003年全国液压挖掘机的销售量超过18000台。

显然，挖掘机在整个工程机械行业中是产、销量增长最快的机种之一。

2008年北京奥运会、2010年上海世博会、西部大开发、南水北调工程对机械设备的需求为挖掘机生产厂商提供了大量商机。

另为满足国民经济发展的需要，尽快为国内市场提供产品质量好、可靠性高的液压挖掘机，改变大中型液压挖掘机长期依靠进口的被动局面当务之急是高速发展我国液压挖掘机。

随之从事液压设备设计和调试工作的工程技术人员也越来越多。

他们设计出了不少性能良好的液压系统；但也经常出现一些因设计时考虑不周或参数调节不当，造成系统达不到要求或不能正常工作，不得不改进设计或采取应急对策的情况。

如何设计出工作可靠、结构简单、性能好、成本低、效率高、维护使用方便的液压系统，必须通过调查研究，明确多方面的要求！以下是中型反铲挖掘机液压系统的设计，希望本设计能为从事液压工作的人员献上微薄之力！第1章设计计算的内容和步骤液压系统有液压传动系统和液压控制系统之分。

前者以传递动力为主，追求传动特性的完善；后者以实施控制为主，追求控制特性的完善。

但从结构和组成原理看，二者无本质的差别。

本次设计，是液压传动系统的设计。

一台机器究竟采用什么样的传动方式，必须根据机器的工作要求，对机械、电力、液压、和气压等各种传动方案进行全面的方案论证，正确估计液压传动的必要性、可行性和经济性。

当确定采用液压传动。

设计内容和步骤如图1—1所示。

第2 章确定液压系统的主要参数压力和流量是液压系统的主要参数。

根据这两个参数来计算和选择液压元、辅件和原动机的规格。

当系统压力选定后，液压缸的主要尺寸或马达排量即可确定，接着就可根据液压缸的速度或液压马达的转速确定其流量。

2.1 初选系统压力以下表1-1是目前我国几类机械常用的系统工作压力，他反映了这些系统繁荣特点和选用工作压力的经验。

表2-1 几类机械常用的系统压力y6系统压力选定得是否合理，直接关系到整个系统设计的合理程度。

在液压系统功率一定的情况下，若系统压力选得过低，则液压元、辅件的尺寸和重量就增加，系统造价也相应增加；若系统压力选得过高，则液压设备的重量、尺寸和造价会相应降低。

例如，飞机液压系统的压力从21MPA到28MPA，则其重量下降约5％，所以以及减小13％。

然而，若系统压力选得过高，由于对制造液压元、辅件的材质、密封、制造精度等要求的提高，反而会增大液压设备的尺寸、重量和造价，其系统效率和使用寿命也会相应下降，因此不能一味追求高压。

就目前的技术和材质情况，一般认为选取压力为35MPA左右为最经济。

根据此表，本次设计选系统压力为32MPA。

2.2 计算液压缸主要尺寸及其选择如何从现有国产液压缸四大系列若干种规格中，选用所需要的液压缸，应综合考虑以下两个方面：1 应从占用空间的大小、重量、刚度、成本和密封性等方面，比较各种液压缸的缸筒、缸盖、缸底、活塞、活塞杆等零部件的结构形式、各零部件的连接方式，已经油口连接方式，密封结构、排气和缓冲装置等。

2 应根据负载特性和运动方式综合考虑液压缸的安装方式，使液压缸只受运动方向的负载而不受径向负载。

液压缸的安装方式有法兰型、销轴型、耳环型、拉杆型等安装方式，在选定时，应使液压缸不受复合力的作用并应考虑易找正性、刚度、成本和可维护性等。

综合考虑液压缸的结构和安装方式后，即可确定所需液压竿的规格液压缸由缸筒、活塞、活塞杆、端盖和密封件等主要部件构成。

液压缸可作成缸筒固定活塞杆运动形式和活塞杆固定缸筒运动形式。

本设计所采用的是缸筒固定活塞杆运动形式。

为满足各种机械的不同用途，液压缸种类繁多，其分类根据结构作用特点，活塞杆形式、用途和安装支撑形式来确定。

按供油方式可分为单作用缸和双作用缸。

单作用缸只往缸的一侧输入压力油，活塞仅作单向出力运动，靠外力使活塞杆返回。

双作用缸则分别向缸的两侧输入压力油，活塞的正反向运动均靠液压力来完成。

由《液压气动系统设计手册》得知，工程液压缸为双作用单活塞杆液压缸，安装方式多采用耳环型。

所以本液压系统选用双作用单活塞杆液压缸如图2-1液压执行元件实质上是一种能量转换装置，液压缸把输入液体的液压能转换成活塞直线移动或叶片回转摆动的机械能予以输出。

所谓输入的液压能是指输入工作液体所具有的流量Q 和液力P ，输出的机械能对活塞杆缸是指叶片轴摆动时所具有的速度V 和扭矩M 。

这些所有参数都是靠工作容积的变化来实现的，所以说，液压缸也是一种容积式的执行元件，它具有容积液压元件的共性。

图2-1 液压缸计算简图本设计采用双作用单活塞杆油缸， 当无杆腔为工作腔时cmFA p A p η=-2211有杆腔为工作腔时cmFA p A p η=-2221式中97.0~9.0)(4142222121般取液压缸的机械效率，一液压缸的最大外负载液压缸的最大工作压力活塞杆直径液压缸内径或活塞直径积液压缸有杆腔的有效面积液压缸无杆腔的有效面力液压缸的回油腔工作压液压缸的工作腔压力-------∏=-∏=--CM CMF Fd D d D A D A p p ηη当用以上公式确定液压缸尺寸时，需要先选取回油腔压力，即背压P 2和杆径比d/D.表2-1所列为根据回路特点选取背压的经验数据。

表2-2 背压经验数据杆径比d/D 一般下述原则选取：当活塞杆受拉时，一般取d/D=0.3~0.5,当活塞杆受压时，为保证活塞杆的稳定性，一般取d/D=0.5~0.7。

杆径比d/D 还常常用液压缸的往返速比i=v2/v1（其中v1,v2分别为液压缸的正反行程速度）的要求来选取，其经验数据如表1—4所列。

表2—3 液压缸常用往返速比以免产生冲击。

一般认为i ≤1.61较为合适。

如采用差动连接，并要求往返速度一致时，应取2A =121A ，即d=0.7D.即d/D=0.7,即i=2。

由此可求出液压缸的内径为：D=170，表2—4 液压缸内径尺寸系列根据上表，将所得液压缸尺寸圆整到标准值为D=180 计算得活塞杆直径d=120表2—5 活塞杆直径系列由上表圆整到标准值为d=125以上两表分别选自（GB2348-80），圆整到此标准值，是为制造时采用标准的密封件。

此外，也可已确定的D 值在下表中直接查出d 值：表2—6 不同缸内径和往返速比的活塞杆直径杆有效面积21A A 积和液压缸有杆腔工作面分别为32400、23300。

根据以上分析及《液压气动系统设计手册》本设计选取的液压缸的型号为HSGF*-H 125/180φ。

其缸径为180mm,活塞杆直径为125mm ，速比为2，推力为407.15KN ，拉力为210.80KN ，最大行程为4000mm.2.3 计算液压马达排量液压马达是用来拖动外负载做功的，它将油液的压力能转换成旋转形式的机械能。

按照其工作职能，属于执行元件。

液压马达的主要性能参数包括排量、流量和容积效率。

排量是指在没有泄露的情况下，马达每转一转所需要的液压油的体积。

排量恒定不变的马达叫做定量马达，排量可以调节的马达叫变量马达。

流量是指马达在单位时间内所需要的液压油的体积。

与液压泵一样，液压马达的流量也有理论流量和实际流量之分。

如果液压马达的排量为Q ，欲使马达以转速q 旋转，则所需要的理论流量Q=nq.但泄漏不可避免。

液压马达的排量mmm p Mq η∆=28.6式中90.0~80.095.0~90.0__;/_;/,_213叶片马达取，一般齿轮和柱塞马达取液压马达的机械效率，；，液压马达进出口压力差液压马达的负载力矩液压马达的排量mm m pa p p p m N M r m q η-=∆根据上式可求得液压马达排量为450m/r2.4 计算液压缸或液压马达流量2.4.1液压缸的最大流量max max Av Q = 式中A — 液压缸的有效面积（21A A 或）液压缸的最大速度_max v则=m ax Q 4.2.4.2 液压马达的最大流量 max max m m n q Q = 式中液压马达的最高转速液压马达排量__max n m n q则=m ax Q 456L/min2.5 液压马达的选用以已确定的液压马达的基本参数、排量、转拒、转速、工作压力，作为依据，再从满足基本参数的若干中液压马达中挑选转速范围、滑差特性、总效率、容积效率等符合系统要求，并从占用空间、安装条件以及在工作机构上的布置等方面综合考虑后，择优选定。

可参照表2—7表选择。

由于本设计为中型挖掘机，所以选用斜轴式轴向柱塞马达。

其技术参数为：型号为 A6V ，最大排量为28.1~500mL/r,最高压力为40MPA ，最大理论转矩为143~2543N.m 。

第3章拟订液压系统图拟订液压系统图是液压系统设计中的一个重要步骤。

这一步要做的工作：一是选择基本回路，二是把选出的回路组成液压系统。

下面概要的介绍一下:3.1 确定和选择基本回路表2—7 液压马达的应用范围它是决定主机动作和性能的基础，是构成系统的骨架。

这就要抓住各类机器液压系统的主要矛盾。

如对速度的调节、变换和稳定要求较高的机器，则调速换接回路往往是组成这类机器液压系统的基本回路；对输出力、力矩或功率调节有主要要求而对速度要求无严格要求的机器，如本挖掘机，其功率的调节和分配是系统设计的核心，其系统特点是采用复合油路、功能调节回路等。

为了说明本设计液压系统的动作过程，以后将介绍动臂提升回路和行走回路。

3.2 调速方式的选择由于驱动液压泵的原动机有电动机和内燃机两种，所以液压系统的调速方式也相应有减压调速和油门调速两种方式。

如液压机等，一般用电动机做原动机，其液压系统一般只能用液压调速；而象本设计所设计的工程机械等多用内燃机做原动机，其液压系统既可采用油门调速又可采用液压调速，经比较，选用液压调速。

油门调速，就是通过调节内燃机发动机油门的大小来改变发动机的转速（即改变液压泵的转速），从而改变液压泵的流量，以达到对执行机构的调速要求，实质上是一种容积调速。

油门调速无溢流损失，可减少系统发热，但调速范围受到发动机最低转速的限制，因此还往往配以液压调速。